DE3303005C2 - - Google Patents

Description

Steuerstab für Kernreaktoren, der im Querschnitt kreuzförmig ist.Control rod for nuclear reactors, which is cross-shaped in cross section.

Die Erfindung betrifft einen Steuerstab für Kernreaktoren, der im Querschnitt kreuzförmig ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Steuerstäbe sind beispielsweise aus den US-PSen 30 48 532 und 32 64 192 bekannt.The invention relates to a control rod for nuclear reactors, which is cross-shaped in cross-section, according to the preamble of claim 1. Such control rods are for example from the U.S. Patents 30 48 532 and 32 64 192 are known.

Bei bestimmten Arten von Kernreaktoren, deren Leistung mit Hilfe von derartigen in den Reaktorkern einfahrbaren Steuerstäben geregelt wird, ist es von großer Bedeutung, daß die Steu­ erstabkanäle zwischen den Brennelementbündeln im Kern so schmal wie möglich gemacht werden können. Die Breite dieser Kanäle wird seinerseits von der Dicke der Absorberflügel und andererseits dadurch bestimmt, daß zwischen den Absorberflügeln und den Wänden des Kanals ein gewisses Spiel vorhanden sein muß. Dieses Spiel ist notwendig, damit sich die Steuerstäbe infolge einer Eigenverformung oder einer Verformung der Brennelementkanäle oder aus anderen Gründen nicht im Kanal festklemmen. Wenn der Steuerstab sehr biegesteif ist, kann es notwendig sein, die Kanäle erheblich breiter zu bemessen, als dies durch die Dicke der Absorberflügel an sich notwendig wäre. Dies hat eine schlechtere Ausnutzung des Brennstoffes zur Folge.For certain types of nuclear reactors, the performance of which With the help of such control rods that can be retracted into the reactor core is regulated, it is of great importance that the tax first channels between the fuel assemblies in the core like this can be made as narrow as possible. The width of this Channels in turn will depend on the thickness of the absorber wings and on the other hand determined by the fact that between a certain amount of the absorber wings and the walls of the channel Game must be present. This game is necessary so that the control rods result from their own deformation or a deformation of the fuel channels or other Do not jam in the duct for reasons. If the control stick is very rigid, it may be necessary to use the channels to be dimensioned considerably wider than is the case with the Thickness of the absorber wing itself would be necessary. this has poorer use of the fuel.

Man ist daher bestrebt, das genannte Spiel möglichst klein zu halten. It is therefore endeavored to keep the game mentioned as small as possible to keep.  

Aus der US-PS 30 48 532 ist ein Kernreaktor mit kreuzförmigen Steuerstäben bekannt. Am unteren Ende der Steuerstäbe schließen sich sogenannte Folgestäbe an, die ebenfalls kreuzförmig ausgebildet sind und die bei herausgezogenem Steuerstab den kreuzförmigen Steuerstabkanal ausfüllen, um eine zu große Durchflußmenge durch den anderenfalls leeren Kanal zu verhindern. Da die Steuerstäbe häufiger erneuert werden müssen als die Folgestäbe, sind Steuerstab und Folgestab zur Vereinfachung des Austausches mit einer lösbaren mechanischen Verbindung versehen. Diese Verbindung besteht darin, daß am unteren Ende des Steuerstabes im zentralen Bereich eine kreuzförmige und in Längsrichtung T-förmige Verlängerung angebracht ist, die in radialer Richtung relativ kurz ist. Im Folgestab ist eine entsprechende Ausnehmung vorgesehen, so daß der Steuerstab relativ gegen den Folgestab derart bewegt werden kann, daß die Verlängerung des Steuerstabes in die Ausnehmung des Folgestabes eingreift und durch Drehen dann, ähnlich wie bei einem Bajonettverschluß, beide Stäbe in gleiche Winkellage ihrer Flügel gebracht und dabei miteinander verriegelt werden. Gegen ein ungewolltes Herausdrehen aus dieser Lage ist eine Sicherung vorgesehen.From US-PS 30 48 532 is a nuclear reactor with cruciform Control sticks known. At the bottom of the control rods are followed by so-called follow-up bars that also are cruciform and that when pulled out Control rod fill the cruciform control rod channel to otherwise empty the flow rate too large To prevent channel. Because the control rods renewed more often need to be as the next staff, are control staff and Follow-up staff to simplify the exchange with provided a detachable mechanical connection. These Connection is that at the bottom of the Control rod in the central area a cross-shaped and in Longitudinal T-shaped extension is attached, which in radial direction is relatively short. In the following staff is one appropriate recess provided so that the control rod can be moved relative to the following staff in such a way that the extension of the control rod into the recess of the Engages the next stick and then by turning, similar to a bayonet lock, both rods in the same angular position brought their wings and locked together. Against unintentional unscrewing from this position a fuse is provided.

Aus der US-PS 32 64 192 ist ein Siedewasserreaktor bekannt, der kreuzförmige Steuerstäbe enthält, deren oberer Teil aus einem stark-neutronenabsorbierenden Material besteht, während der untere Teil aus einem schwach­ neutronenabsorbierenden Material besteht. Diese beiden Materialien haben sehr unterschiedliche thermische Aus­ dehnungskoeffizienten. Die beiden aneinander grenzenden kreuzförmigen Stirnseiten der beiden Stabteile werden derart miteinander verbunden, daß die unterschiedlichen thermischen Längenänderungen problemlos aufgenommen werden können. Zu diesem Zweck ist das obere Stabteil an seinem unteren Ende an der kreuzförmigen Stirnseite mit einer parallel zu den Flügeln verlaufenden Nut versehen, während das obere Ende des unteren Teils an der kreuzförmigen Stirnseite mit her­ vorstehenden Stegen versehen ist, die in die Nuten des oberen Teils passen. Beide Teile werden durch ein im zentralen Kanal des kreuzförmigen Steuerstabes angeordnetes Zugelement zusammengehalten.From US-PS 32 64 192 is a boiling water reactor known, which contains cruciform control rods, the upper part of a strong neutron absorbing Material consists, while the lower part of a weak neutron absorbing material. These two materials have very different thermal offs expansion coefficient. The two adjacent cross-shaped end faces of the two rod parts become like this  connected that the different thermal Changes in length can be easily recorded. To for this purpose the upper part of the rod is at its lower end on the cross-shaped face with a parallel to the Winged groove provided while the top of the lower part on the cross-shaped face projecting webs is provided, which in the grooves of the upper part. Both parts are in the central Channel of the cruciform control rod arranged Tension element held together.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerstab der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem mit relativ einfachen Mitteln eine in Längsrichtung des Stabes möglichst gleichmäßig verteilte Flexiblilität geschaffen wird, ohne daß der Steuerstab zu biegeweich wird.The invention has for its object a control rod to develop the type mentioned at the beginning, with the relative simple means one in the longitudinal direction of the rod Flexibility distributed as evenly as possible without the control rod becoming too flexible.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Steuerstab gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To solve this problem, a control rod according to the Preamble of claim 1 proposed that the invention those mentioned in the characterizing part of claim 1 Has characteristics.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.Advantageous embodiments of the invention are in the others Called claims.

Gemäß der Erfindung werden höchstens zwei Nuten an derselben Stelle in Längsrichtung des Steuerstabes angeordnet, wodurch man gleichzeitig eine geeignete Flexibilität und Steifheit im Steuerstab erhält. Die Bemessung und Einstellung der Flexibilität des Steuerstabes erfolgt dadurch, das die Flügelelemente in ihrem an der Mittelachse des Stabes an­ grenzenden Teil mit Aussparungen versehen sind. Durch die Bemessung der Länge dieser Aussparungen längs der Mittelachse des Stabes kann die Flexibilität des Steuerstabes erhöht (lange Aussparung) oder verkleinert (kurze Aussparung) werden. According to the invention, at most two grooves on the same Place arranged in the longitudinal direction of the control rod, whereby you have appropriate flexibility and stiffness at the same time in the control staff. The dimensioning and adjustment of the Flexibility of the control stick is done by the Wing elements in their on the central axis of the rod bordering part are provided with recesses. Through the Dimension the length of these recesses along the central axis of the staff can increase the flexibility of the control staff increased (long recess) or reduced (short recess) will.  

Um eine in Längsrichtung des Steuerstabes möglichst gleichmäßig verteilte Flexibilität zu erreichen, sind die verschiedenen Ebenen liegenden Nuten in Längsrichtung des Steuerstabes um etwa eine halbe Elementenlänge gegeneinander versetzt. Dadurch werden die Abstände zwischen Punkten, in denen zwei in der gleichen Ebene liegende Nuten die Mittelachse treffen, wobei diese Ebenen jedoch von Punkt zu Punkt verschieden sind, längs des ganzen Steuerstabes im wesentlichen gleich groß. To be as uniform as possible in the longitudinal direction of the control rod To achieve distributed flexibility are the different Flats lying in the longitudinal direction of the Control rod against each other by about half an element length transferred. This sets the distances between points in the two axes in the same plane have the central axis meet, but these levels from point to point Are different along the entire control rod in the essentially the same size.  

Eine gewisse Versteifung des Steuerstabes kann dadurch erreicht werden, daß die Breite der Nuten durch in den Nuten angeordnete Distanzstücke reduziert wird. Wird die Versteifung zu groß, so kann sie leicht dadurch reduziert werden, daß die Höhe der Distanzstücke verkleinert wird.This can result in a certain stiffening of the control rod be achieved that the width of the grooves by arranged in the grooves Spacers is reduced. Will the stiffener too large, it can easily be reduced by the fact that the height of the spacers is reduced.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigtUsing the exemplary embodiments shown in the figures the invention will be explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen achsparallelen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 durch ein Ausführungsbeispiel eines Steuerstabes gemäß der Erfindung, Fig. 1 is an axially parallel sectional view along line AA in FIG. 2 through an embodiment of a control rod according to the invention,

Fig. 2 den Steuerstab gemäß Fig. 1 längs eines Schnittes B-B in Fig. 1, Fig. 2 shows the control rod 1 according to Fig. Along a section BB in Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuerstabes gemäß der Erfindung in gleicher Darstellung wie Fig. 1. Fig. 3 shows a second embodiment of a control rod according to the invention in the same representation as FIG. 1.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 einen Teil eines flexiblen Steuerstabes, der an seinem unteren Ende mit einem nicht gezeigten Steuerstabschaft zur Verbindung mit einer ebenfalls nicht gezeigten Antriebsvorrichtung versehen ist. Der Steuerstab besteht aus vier Absorberflügel 2, 3, 4 und 5, die längs einer Mittelachse 6 kreuzförmig miteinander verbunden sind. Jeder Flügel ist durch Nuten 7, die im wesentlichen senkrecht zur Achse 6 verlaufen, in Flügelelemente 8a, b, c und d unterteilt.In Figs. 1 and 2, 1 designates a portion of a flexible control rod, the bottom at its end with a non-illustrated control rod shank for connection to a driving device also not shown is provided. The control rod consists of four absorber wings 2 , 3 , 4 and 5 , which are connected to one another in a cross shape along a central axis 6 . Each wing is divided into wing elements 8 a, b, c and d by grooves 7 , which run essentially perpendicular to the axis 6 .

Gemäß der Erfindung liegen die Flügelelemente 8a und b in derselben Ebene und in gleicher Höhe, so daß die Nuten 7 zwischen den Elementen in einer Linie liegen. Entsprechend liegen die Flügelelemente 8c und d in derselben Ebene und in gleicher Höhe, jedoch im Verhältnis zu den Elementen 8a und 8b in Richtung der Mittelachse versetzt. Die Flexibilität des Steuerstabes wird dadurch vergrößert, daß die Elemente 8 dort, wo sie an die Mittelachse 6 grenzen, mit Aussparungen 9 versehen sind. Diese Aussparungen werden vorzugsweise so angeordnet, daß sie die Nuten 7 in einer senkrecht zu diesen liegenden Flügelebene überbrücken. Zwischen den Aussparungen 9 sind die Flügelelemente 8 längs der Mittelachse 6 miteinander verbunden. Auf diese Weise erhält der Steuerstab im Bereich der Nuten 7 Verformungszonen, die sich in Längsrichtung des Steuer­ stabes etwa über die Länge der die Nuten überbrückenden Aussparungen 9 erstrecken. An diesen Stellen ist der Steuerstab in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 6 sehr biegeweich.According to the invention, the wing elements 8 a and b lie in the same plane and at the same height, so that the grooves 7 lie in a line between the elements. Accordingly, the wing elements 8 c and d are in the same plane and at the same height, but offset in relation to the elements 8 a and 8 b in the direction of the central axis. The flexibility of the control rod is increased in that the elements 8 are provided with recesses 9 where they adjoin the central axis 6 . These recesses are preferably arranged so that they bridge the grooves 7 in a wing plane lying perpendicular to them. The wing elements 8 are connected to one another along the central axis 6 between the cutouts 9 . In this way, the control rod receives 7 deformation zones in the region of the grooves, which extend in the longitudinal direction of the control rod approximately over the length of the recesses 9 bridging the grooves. At these points, the control rod is very flexible in a direction perpendicular to the central axis 6 .

Um eine möglichst gleichmäßig verteilte Biegbarkeit im Steuerstab zu erhalten, beträgt die Versetzungslänge zwischen den in einer Ebene liegenden Flügelelementen 8a und 8b und den in einer anderen Ebene liegenden Flügelelementen 8c und 8d vorzugsweise eine halbe Elementenlänge.In order to obtain a bendability in the control rod which is distributed as uniformly as possible, the displacement length between the wing elements 8 a and 8 b lying in one plane and the wing elements 8 c and 8 d lying in another plane is preferably half a element length.

Fig. 3 zeigt, wie die Flexibilität des Steuerstabes verändert werden kann, indem man in den Nuten 7 Distanzstücke 10 vorsieht, die im ungebogenen Zustand einen schmalen Spalt zwischen sich bilden. Beim Beginn des Steuerstabes kommen die Distanzstücke 10 zweier benachbarter Flügel­ elemente in Berührung, was zu einer Zugbeanspruchung in dem biegenden Flügelelement 8 führt. Hierdurch tritt im Augenblick der gegenseitigen Berührung der Distanzstücke 10 eine Versteifung des Steuerstabes ein (Vergrößerung des für die Biegesteifigkeit bestimmenden Flächenträgheitsmomentes). Fig. 3 shows how the flexibility of the control rod can be changed by providing spacers 10 in the grooves 7 , which form a narrow gap between them in the unbent state. At the start of the control rod, the spacers 10 of two adjacent wing elements come into contact, which leads to a tensile stress in the bending wing element 8 . As a result, at the moment of mutual contact of the spacers 10, the control rod is stiffened (enlargement of the area moment of inertia determining the bending rigidity).

Claims (4)

1. Steuerstab für Kernreaktoren, der im Querschnitt kreuzförmig ist und vier langgestreckte jeweils paarweise in zwei verschiedenen Ebenen liegende Absorberflügel auweist, die über eine ihrer langen Kanten längs der Stabachse miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Absorberflügel durch Nuten (7), die im wesentlichen senkrecht zur Stabachse (6) verlaufen, in eine Anzahl Flügelelemente (8) unterteilt ist, daß die Nuten (7) der in einer Ebene liegenden Absorberflügel jeweils in einer Linie liegen, daß die in der einen Ebene liegenden Nuten (7) in Längsrichtung des Steuerstabes gegen die in der anderen Ebene liegenden Nuten (7) versetzt angeordnet sind und daß die Flügelelemente (8) an ihrem an die Stabachse (6) angrenzenden Teil mit Aussparungen (9) versehen sind.1. control rod for nuclear reactors, which is cross-shaped in cross-section and has four elongated absorber wings each lying in pairs in two different planes, which are connected to one another via one of their long edges along the rod axis, characterized in that each absorber wing is provided with grooves ( 7 ) which is substantially perpendicular to the rod axis (6), divided into a number of wing elements (8), that the grooves (7) of the absorber blades lying in a plane in each case lie in a line, that the in-of-plane grooves (7) in The longitudinal direction of the control rod is offset from the grooves ( 7 ) lying in the other plane and that the wing elements ( 8 ) are provided with recesses ( 9 ) on their part adjacent to the rod axis ( 6 ). 2. Steuerstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (9) in Längsrichtung des Stabes in der Höhe der Nuten angeordnet sind.2. Control rod according to claim 1, characterized in that the recesses ( 9 ) are arranged in the longitudinal direction of the rod at the height of the grooves. 3. Steuerstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Breite der Nuten (7) in der Nähe der Stabachse (6) durch in den Nuten (7) angeordnete Distanzstücke (10) reduziert ist.3. Control rod according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the grooves ( 7 ) in the vicinity of the rod axis ( 6 ) is reduced by spacers ( 10 ) arranged in the grooves ( 7 ). 4. Steuerstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte gegenseitige Versetzung der in verschiedenen Ebenen liegenden Nuten (7) ungefähr eine halbe Länge der Flügelelemente beträgt.4. Control rod according to one of the preceding claims, characterized in that said mutual displacement of the grooves ( 7 ) lying in different planes is approximately half the length of the wing elements.